11. ELEKTRICKÉ TEPLO
Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D.
2. 2. 2009, Ostrava
Stýskala, 2002
Osnova přednášky • Úvod, výhody, zdroje • Elektrické odporové a obloukové pece • Indukční a dielektrický ohřev • Elektrický ohřev v domácnostech
Úvod Šíření tepla: • prouděním (konvekcí) • vedením (kondukcí) • zářením (sáláním, radiací)
Elektrický ohřev: • tepelná energie se získá z energie elektrické
Výhody elektrického ohřevu: • poměrně vysoká účinnost • malá investiční náročnost (oproti plynu, naftě) • malé náklady na údržbu (robustnost topných systémů) • malé rozměry a tím i nároky na prostor • ekologické hledisko (špína, prach ...) • dobrá regulovatelnost (přepínáním, pulzním spínáním, řízením napětí) • bezpečnost provozu (nepřítomnost plynu, ohně)
Nevýhody elektrického ohřevu: • poměrně vysoká cena elektrické energie
Zdroje elektrického tepla • • • •
Elektrický odpor Elektrický oblouk Elektromagnetická indukce Elektromagnetické záření
Elektrické odporové pece Q = R ⋅ I 2 ⋅t • S přímým ohřevem: teplo vzniká přímo v předmětu (vsázce) • S nepřímým ohřevem: teplo vzniká v topných článcích odkud se šíří do vsázky
El. odpor. pece s přímým ohřevem • Podmínky: – – – –
ohřívané těleso z vodivého materiálu ohřívané těleso musí mít velkou rezistivitu přívodní vodiče musí mít co nejmenší odpor zdroj musí být schopen dodat velký proud
El. odpor. pece s nepřímým ohřevem • Podmínky: – ohřívané těleso z nevodivého materiálu – Požadavky na topné články (rezistory): • • • • • •
velká rezistivita malý teplotní součinitel odporu stálost rozměrů vysoký bod tavení odolnost proti oxidaci dobrá zpracovatelnost
• Použití odporových pecí: – sušení vinutí elektrických strojů a celých elektrických strojů (asi do teploty 250 oC) – tepelnému zpracování kovů, např. žíhání, kalení, popouštění (asi do teploty 1050 oC) – tavení kovů s nižším bodem tání – smaltování – sterilizace ve zdravotnictví
Elektrické obloukové pece • Stejnosměrné • Střídavé – S přímým ohřevem (a, b): pro tavení železných kovů – S nepřímým ohřevem (c): pro tavení neželezných kovů
• Požadavky na elektrody: – – – –
Dobrá elektrická vodivost Vysoká mechanická pevnost Vysoká oxidační teplota Malý obsah popela a síry
• Používané typy elektrod: – Uhlíkové – Grafitové – Násypné
Další využití elektrického oblouku: • Obloukové svařování • Obloukové lampy
Indukční ohřev • • • •
Pro ohřev kovových předmětů nebo vsázky Výroba vysoce kvalitních ocelí Pro povrchovou úpravu (kalení) předmětů Princip ohřevu: – Indukovanými proudy do vsázky tvořící závit nakrátko transformátoru (a) – Vířivými proudy popř. i hysterézními ztrátami indukovanými do kovového předmětu (b,c) • Hloubka ohřevu je nepřímo úměrná kmitočtu napájecího proudu
Příklady indukčního ohřevu
Dielektrický ohřev • • • •
Pro ohřev nekovových předmětů nebo látek Pro sušení materiálů Pro sterilizaci a pasterizaci potravin Princip ohřevu – Rychlým přepolarizováním částic látky v ní vznikají dielektrické ztráty • Velikost ohřevu závisí na intenzitě el. pole, kmitočtu, parametrech ohřívané látky
Elektrický ohřev v domácnostech Ohřev užitkové vody • Druhy ohřívačů – velkoobjemové akumulační (bojlery) • výhody: relativně malý příkon • nevýhody: nízká účinnost (ztráty 1 W/1 l vody)
– maloobjemové průtokové (střední průtok) – průtokové (bez zásobníku)
Příklad ohřevu topnými tělesy
Příklad ohřevu solárním kolektorem
Elektrické vytápění prostorů • Náhrada za: – ztráty vzniklé prostupem tepla: cca 80 % (zdmi 25% %, okny 20% %, stropem 20% % , podlahou 15% %) – ztráty větráním: cca 20% % (netěsností spár oken a dveří, cílené větrání za účelem odvodu vlhkosti).
• Druhy elektrického vytápění: – Přímé vytápění – Nepřímé vytápění
• Přímé vytápění: – Přímotopné (holé odporové vodiče) – Radiátory (plněné vodou nebo olejem) – Topné plášťové vodiče (do podlah atd.) – Teplomety (s parabolickým reflektorem) – Topné ventilátory (s topným rezistorem)
• Nepřímé vytápění: – Akumulace tepla v keramickém jádru či vodě (v nočních hodinách) – Výdej tepla samovolně či ventilátorem (v denních hodinách)
Další využití elektrotepelných spotřebičů v domácnostech • Odporový ohřev: – žehličky, elektrické sporáky, rychlovarné konvice, fény
• Dielektrický ohřev: – mikrovlnné trouby
• Infračervený ohřev: – infrazářiče
Konec přednášky
